Capteur capacitif: Appareils et fonctionnement. capteurs capacitifs: l'application

L'industrie moderne, et les activités quotidiennes de l'homme de l'homme, aussi, il est impossible d'imaginer sans toutes sortes d'appareils électroniques. Ils nous aident dans tous les sens, et certaines opérations de fabrication à réaliser ne pas réussir sans eux. Pour ces « aides » devrait également inclure un capteur capacitif.

Ainsi, appelés convertisseurs fabriqués par type paramétrique. La mesure d'un volume de tels dispositifs est effectué par des variations de capacité lors de la modification de certains paramètres importants. Autrement dit, la variation estimée capacité sous l'influence de certains facteurs externes.

Le principe de fonctionnement du capteur capacitif

C'est ce que les capteurs capacitifs. Le principe de fonctionnement ne sont pas si difficile, mais pour le comprendre que vous devez savoir quelque chose. Pour commencer, nous rappelons le principe de la détermination de la capacité du condensateur. Cette action est exprimée par la formule suivante:

C = εεₒS / δ.

Cette expression est connue de beaucoup de cours de physique de l'école, mais il ne serait pas mal pour vous rafraîchir la mémoire et le rappel, ce qui signifie que chacune des variables:

• S – surface des plaques de condensateur.
• E – permittivité relative du matériau diélectrique utilisé dans la conception de condensateur.
• εₒ – comme en physique pour désigner la permittivité de l'espace libre.
• δ – de sorte qu'il peut être désigné ou l'épaisseur de la plaque diélectrique, ou la distance entre les plusieurs couches de matériau.

Ainsi, à partir de la formule ci-dessus que la capacité de changer facilement. Il suffit d'agir d'une certaine manière sur la zone de la plaque de matériau diélectrique, une distance entre les plaques ou directement avec la perméabilité utilisé dans la fabrication du matériau. Par conséquent, la sélection de valeur particulière dépend uniquement de la liste des tâches que les concepteurs de périphériques se sont fixés.

Ainsi, nous pouvons même faire un capteur capacitif avec vos mains, comme un point de vue constructif, il est – le condensateur plat ou cylindrique ordinaire, une plaque dont connaît en permanence un mouvement contrôlé dans l'espace, ce qui conduit à un changement de capacité. Il faut se rappeler que la formule ci-dessus est valable que si vous négligez complètement les effets de bord. Nous en reparlerons plus à ce sujet dans la dernière partie de cet article.

Il faut savoir que ces appareils électroniques sont largement utilisés pour mesurer les déplacements angulaires et linéaires des objets, le calcul de la taille, le travail appliqué, l'humidité, la concentration de la substance active et d'autres caractéristiques. En ce qui concerne les aspects structurels de la question, lesdites balles sont réalisées planes et parallèles, dans des logements cylindriques avec des électrodes à broche, d'un revêtement d'un matériau diélectrique, et même sans.

Voici comment utiliser des capteurs capacitifs. Le principe de fonctionnement de certains d'entre eux ont besoin de connaître en détail. Dans cet article, nous donnons quelques formules qui peuvent être utiles pour vous.

Formule pour décrire le principe de fonctionnement de certains types de capteurs

Capteur de niveau avec une variation possible des plaques diélectriques carré peuvent être assez facilement décrit en utilisant l'équation suivante:

C = εεₒaH / δ.

Par « X » dans ce cas, fait référence à la longueur du chevauchement des électrodes utilisées. En conséquence, « a » désigne la largeur des plaques du condensateur. Il convient de noter que de tels dispositifs ont été appliqués dans divers domaines de l'industrie, où ils sont utilisés pour la mesure précise des valeurs angulaires. la capacité du transducteur dans un tel cas est trouvée par l'expression suivante:

C = εεₒ (R₂- r₁) / 2δ * (φₒ-φ).

Afin de mesurer avec précision la sensibilité, vous devez utiliser une formule légèrement différente:

K = εεₒ (R₂- r₁) / 2δ.

Voyons ce que l'on entend par ces variables qui font partie de ces équations:

• r₁ – rayon intérieur des plaques de condensateur;
• r₂ – rayon extérieur de la même plaque;
• φ – mesurée à l'instant valeur (réelle) de l'angle de chevauchement;
• φₒ – la valeur initiale de l'angle de chevauchement.

Enfin, nous expliquons l'expression mathématique qui décrit le principe de fonctionnement de la jauge capacitif avec entrefer réglable:

C = εεₒS / (δₒ-X).

On pouvait s'y attendre, un dégagement primaire δₒ entendu, la lettre X sont la même quantité de déplacement de la plaque. Faites attention! Étant donné que les caractéristiques statiques ne sont pas strictement linéaire, généralement le capteur de niveau du type utilisé pour mesurer les déplacements très petits, qui ne dépassera pas la 0,1δₒ quantité. Bien entendu, ces dispositifs sont très demandés dans l'ingénierie de précision, où peuvent causer des problèmes très graves erreurs même mineures.

Où peuvent-ils être utilisés?

Les domaines d'application possibles sont extrêmement diverses. Ainsi, dans pratiquement toutes les industries peuvent répondre à l'opération, qui sont commandés par ces dispositifs. Ils sont utilisés pour contrôler le remplissage des différents réservoirs et leur contenu peuvent être liquides, gazeux ou particulaire (capteur de gaz).

La prévalence de l'activité industrielle humaine et industrielle normale est plus élevé, plus fiable et plus facile à concevoir de tels dispositifs. De la combinaison de ces symptômes, ils sont si bons qu'ils peuvent être utilisés même dans des conditions extrêmement agressives détient pétroliers.

En outre, le capteur capacitif peut être utilisé en tant que commutateur de fin de course sur la ligne de convoyeur ou de la machine atelier de fabrication. Il est nécessaire et pour le positionnement plus précis des différents mécanismes.

capteurs de proximité

Mais maintenant , en grande demande des capteurs de proximité, qui sont faites exactement le même principe. La gamme de leur utilisation est encore plus large. Cela est dû aux dispositifs de coûts penny qui peuvent travailler dans pratiquement tous les types de l'industrie. Cependant, il y a l'industrie typique où ce type d'équipement sont les plus populaires:

• Le contrôle des récipients transparents remplis de liquide en matière plastique ou en verre.
• Une fonction similaire est effectué par eux dans la fabrication de produits alimentaires (y compris les enfants), où le produit fini est conditionné dans des récipients constitués de matériaux transparents. Sur le même principe basé et le travail de la balle comme un capteur capacitif de carburant.
• Pour la surveillance des zones dangereuses, si possible fil de bobinage cassé.
• Contrôler endroits semblables où pourrait être endommagé la bande transporteuse porteuse.
• contrôler individuellement le type de produits obtenus (taux de conversion des canettes, des bouteilles, les emballages).

Sans surprise, ces appareils électroniques sont les plus courants dans l'ingénierie de précision, la production d'énergie et de nombreuses autres industries variété de capteurs.

inclinomètres

Les dispositifs qui sont devenus répandus que dans les années récentes sont relativement inclinomètre capacitive de petite dimension fournissant le signal électrique de sortie de transmission dont la grandeur est directement proportionnelle au capteur d'angle utilisé.

Le principal domaine le plus courant d'utilisation de ces dispositifs: système d'alignement de plate-forme, la détermination de la déformation et de la déformation de divers types de poutres de support technique, ainsi que le contrôle précis de la route, déviation de la voie de chemin de fer au stade de leur construction.

De plus, en utilisant de tels dispositifs déterminent le rouleau de camions lourds et d'autres véhicules, des ascenseurs et des pelles industrielles et vérifier le degré de déplacement angulaire pour machines agricoles et industrielles particulièrement importantes.

capacitif très important capteurs de niveau de carburant dans l'industrie pétrolière. Ils sont utilisés même dans les supertankers qui transportent dans un des dizaines de voyage et des centaines de milliers de tonnes de produits pétroliers raffinés. Ces dispositifs sont extrêmement efficaces même dans la formation très abondante de condensat et un degré élevé de la zone de production de poussière (le même capteur de gaz).

Ils trouvent leur utilisation dans les valeurs de mesure des niveaux de pression absolue et relative, ainsi que l'épaisseur du matériau diélectrique, ce qui est extrêmement important dans presque tous les secteurs où des condensateurs vraiment puissants sont utilisés.

Les principaux avantages des capteurs capacitifs

Il convient de noter que le capteur capacitif présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs similaires qui sont formés sur des principes quelque peu différentes. Nous énumérerons les principaux avantages de ces Kip:

• Dans le secteur manufacturier, ils sont extrêmement simples. De plus, les matériaux les plus simples et bon marché peuvent être utilisés dans leur production. Même des capteurs de niveau de carburant capacitif utilisés dans les objets importants de l'industrie pétrolière ont une taille extrêmement modeste ont le plus bas niveau de consommation possible d'énergie électrique. Avec toutes ces caractéristiques, elles diffèrent excellent niveau de sensibilité, ce qui est souvent inaccessible pour les appareils plus chers.
• En principe, il peut être un capteur capacitif avec vos mains, en utilisant comme base plus ou moins fiable et d'un condensateur industriel de haute qualité.
• Les contacts qu'ils ont (très rarement utilisé un collecteur de courant), ce qui est extrêmement bénéfique pour le travail dans des conditions de haute poussière et l'humidité.
• très longue durée de vie, l'unité gère à plusieurs reprises pour « retrouver » leur faible coût. Par conséquent, le capteur capacitif (dont le prix est dans la gamme 1200-1700 roubles) est acquisition extrêmement rentable.
• Pour déplacer la partie mobile du dispositif est nécessaire pour faire étonnamment peu d'effort.
• Le dispositif est très facile à combiner avec presque toutes les catégories d'équipement qui est utilisé uniquement dans les activités industrielles.

aspects négatifs

Malheureusement, chaque capteur capacitif présente certains inconvénients, qui dans une certaine mesure compliquent l'utilisation répandue de ce type d'équipement. Nous les énumérons plus en détail:

• facteur de conversion (à savoir, la transmission) est relativement faible.
• De petite taille et la simplicité de la conception contribuent au fait que la demande en nomination assez élevées sur la qualité des dispositifs de dépistage.
• Bon capteur de niveau capacitif (et d'autres instruments de mesure similaires) peuvent fonctionner de manière efficace uniquement à une fréquence beaucoup plus élevée que la valeur standard de 50 Hz.

Avis importants

Cependant, tout n'est pas si mal. De nombreux fabricants cherchent d'excellentes caractéristiques de blindage des capteurs en apportant des changements mineurs dans leur structure. En ce qui concerne la fréquence d'utilisation, en pratique, ils montrent d'excellents résultats en valeur industrielle généralisée de 400 Hz.

Nous avons déjà parlé de la fidélité à la formule de base que si ignorant l'effet de bord. Mais il est utile de savoir qu'il peut vraiment avoir un effet négatif que dans le cas où la distance entre les plaques diélectriques est comparable à leur taille. De plus, l'effet négatif peut être neutraliser en grande partie en utilisant simplement l'anneau de garde. Dans ce cas, l'impact des effets de frontière ne peut pas transférer au-delà des plaques utilisées.

Encore une fois, nous constatons que les mêmes capteurs de pression se caractérisent par une simplicité remarquable, ce qui vous permet de créer une structure merveilleusement stable, durable et à faible coût. Si vous choisissez les dimensions géométriques droite utilisées diélectrique est utilisé dans la production d'un tel matériel de condensateur ne peut pas particulièrement inquiet.

Ainsi, la cueillette correctement le tampon métallique pour la fabrication du boîtier du capteur, il est même des fluctuations de température fortes pratiquement négligeables qui pourraient entraîner un changement de capacité du dispositif et de ses lectures insuffisantes. Bien sûr, cela ne supprime pas la nécessité d'effectuer des capteurs de pression isolés et d'autres approfondies indicateurs de facteurs environnementaux agressifs. Malgré leur simplicité, une humidité élevée et des niveaux élevés de rayonnement peuvent affecter négativement la fiabilité du dispositif.

classification des capteurs

Utilisé dans les procédés industriels pour leur production vous permettent de partager tous les types de capteurs produits en deux grands groupes: odnoemkostnye et dvuhemkostnye. Ce dernier type est divisé en différentiel et poludifferentsialnye. Nous allons les examiner plus en détail.

Dispositif Odnoemkostny. Dans ce cas, le circuit de capteur capacitif extrêmement simple, puisque leur partie principale est le condensateur le plus courant à capacité variable. Malheureusement, même une humidité légèrement augmenté et la température ont sur l'exactitude des indications impact très tangible. En raison de cela, il existe différents capteurs fonctionnent souvent mal. Pour neutraliser l'ampleur de ces erreurs, il est nécessaire d'utiliser la structure différenciée.

Dvuhemkostny capteur. En fait, il est juste une telle structure différenciée. Il est souvent possible de rencontrer le capteur de niveau capacitif est fabriqué par un tel système. Ces appareils sont livrés des principaux inconvénients du modèle précédent, mais ont leurs propres faiblesses. L'inconvénient le plus important est la nécessité d'utiliser deux ou trois fils blindés entre le dispositif lui-même et la surface, parce que de cette manière peut supprimer la capacité parasite que l'on appelle.

Cependant, un système assez sophistiqué de capteurs capacitifs dans ce cas , il est facile d'ignorer, car en retour , vous obtenez un appareil extrêmement précis et sensible.

Spécificité construction de senseurs

Dans de nombreux cas (du point de vue de la conception) la création de tels dispositifs est problématique. Cela est particulièrement vrai lorsque vous voulez créer un capteur avec des niveaux variables de capacité. Cependant, l'expérience montre que la plupart des problèmes sont résolus presque complètement un étalonnage précis et des matériaux de haute performance utilisés dans la production. Le plus souvent, ces difficultés rencontrées par les producteurs dvuhemkostnyh capteurs.

En général, la spécificité de ce type de dispositifs de mesure est qu'elles peuvent être représentées sous forme de rapport sans dimension de deux grandeurs physiques (récipients) qui ont une expression physique précise et de sens. Alors qu'ils peuvent être appelés en toute sécurité « sondes de la relation. » L'avantage de ces dispositifs (les gros plus!) Est-ce qu'ils ne peuvent généralement pas dans sa conception des mesures standard qui refroidissent améliore la fiabilité dans des situations et des conditions vraiment extrêmes.

Caractérisation des codeurs linéaires

Toutes les valeurs non-électriques, ce qui est souvent nécessaire pour contrôler dans un environnement industriel, il est extrêmement diversifié et multiforme. Une partie importante des mesures qui sont soumises à des contrôles stricts, faire des mouvements angulaires et linéaires même différents types de surfaces dans l'espace. Si vous utilisez un condensateur qui a un champ électrique absolument uniforme dans l'espace, il est si difficile de réaliser des capteurs électroniques deux des types suivants:

• Dans quelle zone des électrodes est variable.
• Ceux qui ont un écart variable entre les électrodes.

Il est facile de comprendre que le premier type est le plus approprié pour fixer le mouvement vraiment grand, tout en utilisant la seconde variété peut être remarqué, même certains mouvements du corps dans l'espace, dont la valeur est égale à seulement quelques microns!

Des capteurs pour déterminer le déplacement angulaire

D'une manière générale, par la conception et le but, ils ont presque complètement identique au type de contact précédent. Similarité se manifeste dans le fait que les capteurs sont des électrodes d'une zone variable doit aussi être utilisé pour des dimensions plus grandes et avec une distance variable entre les électrodes elles-mêmes – petits. Typiquement, de tels dispositifs sont réalisés à plusieurs sections, avec la possibilité de modifier la surface des plaques de condensateur.

Pour atteindre cet objectif, une première électrode fixée à l'arbre mobile en rotation dont il modifie sa position par rapport à la seconde zone de changement qui permet le chevauchement des plaques diélectriques du condensateur. Bien entendu, lorsqu'il a enregistré un changement de capacité.

résultats

Nous avons donc discuté des caractéristiques de base du niveau de l'instrument, appris au sujet de leurs domaines d'application, sur les caractéristiques de conception, le principe de l'action et des solutions techniques possibles. Comme vous pouvez le comprendre de l'article, la prévalence des capteurs capacitifs et leur popularité extrêmement élevée est basé sur le prix très attractif de ces dispositifs et une longue durée de vie même dans des conditions difficiles.

Tout cela est possible grâce au fait que, d'un point de vue constructif, tous ces compteurs ne sont que des condensateurs standard, qui sont caractérisés par une manière quelque peu inhabituelle de leur application. Cependant, vous pouvez découvrir par vous-même, à la recherche une fois de plus les formules mathématiques qui reflètent largement les principes kip travail.